ZGHARI Ismail : Silice dopée et fibre optique pour la dosimétrie en radiothérapie pulsée

Résumé de thèse : La radiothérapie a connu plusieurs progrès ces dernières années concernant la taille et l’intensité des faisceaux de rayonnement X. Ceci a donné lieu à l’apparition de nouvelles techniques telles que la radiothérapie conventionnelle par modulation de l’intensité, basée sur l’adaptation du volume irradié au volume à traiter.  L’objectif de ces nouvelles techniques est de contrôler la distribution spatiale de la dose délivrée aux cellules cancéreuses et réduire ainsi les effets secondaires aux organes à risque (organes sains proches des tumeurs cancéreuses). Par ailleurs, on peut aussi aujourd’hui réduire les effets secondaires de la radiothérapie en délivrant la dose sous forme d’impulsions X très brèves (flash-thérapie) ou en utilisant des faisceaux de particules (par exemple, en protonthérapie).

Ces techniques exigent des mesures in vivo et en temps réel de la dose absorbée avec une grande précision spatiale et temporelle, les détecteurs devant être à la fois sensibles aux faibles doses et résistants aux fortes irradiations. Dans ce contexte, le projet concerne l’étude de dosimètres à fibre scintillante, basés sur la radioluminescence (RL) de verres de silice dopée. La sensibilité élevée de ces barreaux et fibres optiques, leurs dimensions submillimétriques et leur réponse linéaire dans une large gamme de dose font de ces matériaux des objets d’étude très pertinents.

La thèse s’inscrit dans le cadre du projet ANR FIDELIO (Fiber-based In-vivo realtime Dosimetry for Pulsed Radiotherapy), lequel vise à développer des dosimètres à base de fibres optiques scintillantes sensibles aux rayons X et aux protons, permettant de suivre des impulsions courtes (s), notamment pour la caractérisation des faisceaux pulsés employés dans les techniques Flash-RT et HEPT (Protonthérapie à haute énergie). Pour ce type de dosimétrie, la silice dopée par des ions Ce3+ est pleine de promesses au vu de ses caractéristiques (matrice durcie, fort rendement de luminescence, temps de réponse). Les ions Gd3+, quant à eux, se sont avérés particulièrement sensibles aux protons. C’est pourquoi un co-dopage de la silice par le couple Ce/Gd est envisagé.

L’objectif de la thèse est d’étudier les caractéristiques optiques et structurales de ces matériaux, sous forme de barreaux et de fibres, par les méthodes spectroscopiques (Raman, absorption, photoluminescence) ainsi que leurs caractéristiques dosimétriques (en RL) sous faisceaux de rayons X et de protons. De plus, une partie très importante de la thèse est consacrée aux modélisations des signaux de RL pour reproduire leur évolution temporelle dans ses matériaux, l’objectif étant de comprendre les mécanismes mis en jeu et leurs comportements en fonction de la dose ou du débit de dose.

ZGHARI Ismail

Directeur(s) de thèse : B. Capoen et H. El Hamzaoui